JP2014135580A - プラント監視制御システム - Google Patents

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Abstract

【課題】通信ネットワークおよび制御装置内の通信部に固着故障の不良があった場合、信号の固着故障の状態によらず、その異常を即座に検出することが可能なプラント監視制御システムを得る。
【解決手段】通信データの全ビットを周期毎に反転させた通信データ31とその通信データの誤り検出符号であるCRC値33を送信する送信データ処理部11と、送信データ処理部から送信されたデータを受信し、受信したデータを再計算したCRC値と送信されてきたCRC値とを比較して、異常がなければ受信データを正常なデータと判断して処理する受信データ処理部12とを備えた複数の制御装置1を通信ネットワーク2に接続することにより、通信ネットワークおよび制御装置内の通信部に固着故障の不良があった場合に、その異常を即座に検出する。
【選択図】図2

Description

この発明は、プラントを制御する複数の制御装置が通信ネットワークを介して接続されたプラント監視制御システムに関するものである。
従来の監視制御システムとして、電子計算機から遠方監視制御装置に対して一定周期で自動的に反転試験指令を送出して、2値情報の状態が反転試験前の値と反転試験後の値が互いに異なるかを比較することにより、遠方監視制御装置および伝送路の不良を検出するようにしたものが知られている(特許文献1を参照)。
特開昭58−159635号公報
従来の監視制御システムは、反転前の値を受信側で覚えておき、受信側から監視対象に対して反転指令を出した後、受信したデータが反転するかどうかを確認することにより、固着故障(例えば、遮断器の入切情報の2値情報のうち、どちらか一方の情報(1または0)に固着した状態の故障)を含む通信ネットワークの不良を検出する仕組みとなっており、通信ネットワークを介して各制御装置が双方向に通信するようなプラント監視制御システムに適用することができなかった。
また、反転指令を送出してから反転したデータを受信するまでの間に監視対象のデータが変化しないことが前提となっており、常時変化するようなプラントデータの通信に適用することができないという問題点があった。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、複数の制御装置間で通信ネットワークを介して通信を行うプラント監視制御システムにおいて、通信ネットワークおよび制御装置内の通信部に不良があった場合、その異常を即座に検出することが可能なプラント監視制御システムを得ることを目的とする。
この発明に係るプラント監視制御システムは、プラントを制御する複数の制御装置が通信ネットワークを介して接続されたプラント監視制御システムにおいて、制御装置は、通信データの全ビットを周期毎に反転させた通信データとその通信データの誤り検出符号であるCRC値を送信する送信データ処理部と、送信データ処理部から送信されたデータを受信し、受信したデータを再計算したCRC値と送信されてきたCRC値とを比較して、異常がなければ受信データを正常なデータと判断して処理する受信データ処理部とを備えたものである。
この発明によれば、周期毎に通信データを反転させながら、データの送受信を行い、受信側でデータ化けが発生していないかCRC値によりチェックすることにより、通信ネットワークおよび制御装置内の通信部に固着故障の不良があった場合に、信号の固着故障の状態(ON状態、OFF状態)によらず、その異常を即座に検出することが可能となる。
また、送信側の制御装置は毎回CRC値を付加して送信するので、値が常時変化するようなプラントデータの通信に対しても、固着故障の状態によらず、通信ネットワークおよ
び制御装置内の通信部に固着故障の不良を検出することが可能となる。
この発明の実施の形態1におけるプラント監視制御システムを示す構成図である。 この発明の実施の形態1における送受信データの構造を説明するための図である。 この発明の実施の形態1における送信データ処理部の処理フローを示す図である。 この発明の実施の形態1における受信データ処理部の処理フローを示す図である。 この発明の実施の形態2における受信データ処理部の処理フローを示す図である。 この発明の実施の形態2における受信データ履歴エリアの構造を示す図である。 この発明の実施の形態3における受信データ履歴エリアの詳細構造を示す図である。 この発明の実施の形態3におけるエラー情報格納エリアの詳細構造を示す図である。 この発明の実施の形態4における受信データ処理部の処理フローを示す図である。 この発明の実施の形態5における送受信データのフォーマットの構造を示す図である。
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1におけるプラント監視制御システムを図1〜図4に基づいて説明する。
図1はこの発明の実施の形態1によるプラント監視制御システムの全体構成図である。図1において、制御装置1(区別する場合は添字A、Bを付加する)は、プラントを制御する制御装置であり、それぞれ送信データ処理部11、受信データ処理部12、通信部13、データ格納部14より構成されている。複数の制御装置1A、1Bは、通信ネットワーク2により接続され、通信ネットワーク2を介して各制御装置1A、1Bが双方向に通信するようになっている。
図2はこの発明の実施の形態1における送受信データの構造を説明するための図で、この図2に基づき、この発明の概略を説明する。
図2(a)は送信元のオリジナルの通信データ30を示し、状態情報に応じて「1」または「0」の2値の値のデータが含まれている。図2(b)は図2(a)に示すオリジナルの通信データを反転した通信データ31を示し、この反転した通信データ31に図2(c)に示す反転フラグ(反転した場合は「1」、反転しない場合は「0」)32と、図2(d)に示す誤り検出符号の一種であるCRC(Cyclic Redundancy Check=巡回冗長検査)値33(チェックサム値としても使用可)を付加する。
なお、CRC値33は通信データ31と反転フラグ32のビットを計算して求める。
図2(e)はこうして作成された送受信データのフォーマットを示し、通信データ31と反転フラグ32とCRC値33より構成される送信データは、例えば制御装置1Aの送信データ処理部11から通信部13を介して通信ネットワーク2に送信される。受信データは通信ネットワーク2を通して、例えば制御装置1Bの通信部13を介して受信データ処理部12で受信される。
受信データ処理部12では、受信したデータを再計算したCRC値と送信データ処理部11から送信されてきたCRC値とを比較して、異常がなければ受信データを正常なデータと判断して処理する。
次に図1および図2に示す構成の動作を図3および図4に基づいて説明する。
図3は制御装置1内の送信データ処理部11の処理フローを示す。まず、ステップS101は、データ格納部14から通信データを読み出す。ステップS102は、前回送信時の反転フラグ32が「0」かどうかをチェックする。ステップS103は、前回送信時の反転フラグが「0」の場合(YES)、前回、通信データを全ビット反転せずに送信したことを意味し、今回は、通信データを全ビット反転する。ステップS104は、通信データを反転したので、反転フラグ32に「1」をセットする。
ステップS102において、もし反転フラグ32が「1」であれば(NO)、前回、通信データを全ビット反転して送信したことを意味し、今回は、ステップS105のように通信データを反転せず、そのままにしておく。ステップS106は、通信データを反転していないので、反転フラグ32に「0」をセットする。その後、ステップS107において、通信データ31と反転フラグ32のCRC値33を計算してセットする。ステップS108は、通信部13より通信データ31と反転フラグ32とCRC値33より構成される送信データを送信する。
図4は制御装置1内の受信データ処理部12の処理フローを示す。まず、ステップS201は、通信部13より受信したデータを取り込む。ステップS202は、受信したデータ内の通信データ31および反転フラグ32より再計算したCRC値と、受信したデータ内のCRC値33を比較する。ステップS202において、CRC値が不一致であれば(NO)、受信したデータは不良と判断して、ステップS206においては警報を出力するなどのエラー処理を行って、受信データ処理を終了する。
ステップS202において、もしCRC値の比較結果が一致していれば(YES)、受信したデータは正常と判断して、次のステップS203の処理に進む。次に、ステップS203において、受信データ内の反転フラグ32が「1」の場合(YES)は、ステップS204に進み、通信データの全ビットを反転させる。ステップS203において、受信データ内の反転フラグ32が「0」の場合(NO)は、ステップS207に進み、通信データはそのままとする。その後、ステップS205において通信データをデータ格納部14にセットする。
実施の形態1では、周期毎に通信データの全ビットを反転(「反転」と「反転なし」とが交互(1周期毎))させながら、データの送受信を行い、受信側でデータ化けが発生していないかCRC値によりチェックすることにより、通信ネットワーク2および制御装置1内の通信部13に固着故障の不良があった場合に、信号の固着故障の状態によらず、その異常を即座に検出することが可能となる。
また、送信側の制御装置は毎回CRC値を付加して送信するので、値が常時変化するようなプラントデータの通信に対しても、固着故障の状態によらず、通信ネットワーク2および制御装置1内の通信部13に固着故障の不良を検出することが可能となる。
実施の形態2.
次に、この発明の実施の形態2におけるプラント監視制御システムを図5および図6に基づいて説明する。実施の形態2における監視制御システムの全体構成は、実施の形態1と同様であるので省略する。
図5は実施の形態2における制御装置1内の受信データ処理部12の処理フローを示す図、図6は実施の形態2におけるデータ格納部14内の受信データ履歴エリア41の構造を示す図である。
次に実施の形態2の動作を説明する。まず、ステップS201は、通信部13より受信したデータを取り込む。ステップS210は、受信したデータをデータ格納部14内の受信データ履歴エリア41にセットする。受信データ履歴エリア41は図6に示すように受信したデータを順番に蓄積している。
ステップS202は、受信したデータ内の通信データ31および反転フラグ32より再計算したCRC値と、受信したデータ内のCRC値33を比較するもので、このステップS202以降は、実施の形態1における制御装置1内の受信データ処理部の処理フローと同様であるので、同じステップ符号を付してその説明は省略する。
実施の形態2では、受信データの異常の有無に係らず、受信したデータを順番にデータ格納部14内の受信データ履歴エリア41に毎周期保存するようにしたことにより、データ異常を検出した場合に、後からどのビットが異常となったかどうかを解析することが可能となる。
実施の形態3.
次に、この発明の実施の形態3におけるプラント監視制御システムを図7および図8に基づいて説明する。実施の形態2における監視制御システムの全体構成は、実施の形態1と同様であるので省略する。
図7は実施の形態3におけるデータ格納部14内の受信データ履歴エリア41の詳細構造を示す図、図8は実施の形態3におけるデータ格納部14内のエラー情報格納エリア42の構造を示す図である。なお、図8に示す詳細なデータ構造は、受信データ履歴エリア41に格納された1つの受信データと同じである。
次に実施の形態3の動作を説明する。制御装置1内の受信データ処理部12の処理フローは実施の形態2と同様であるが、実施の形態3では、受信したデータのCRC値のチェックで異常を検出した場合、ステップS206のエラー処理において、受信データ履歴エリア41内に格納された前回の受信データと今回の受信データを比較して、反転されずに同じ値のビットがないかを検索して、どのビットが異常となったかどうかを解析する。
例えば、図7に示すように、前回の受信データ#N−1と今回の受信データ#Nにおいて、CRC値(サム値)のチェックでエラーが発生した場合、左から4番目のデータは、通信データの反転していないもの(#N−1)と反転したもの(#N)が、「0」で同じ値となっており、ここで固着故障(0で固着)が発生している可能性がある。
このように同じ値のビットあれば、そのビットで固着故障が発生している可能性が高いため、この場合は図8に示すようにエラー情報格納エリア42内の該当ビット(左から4番目)に「1」をセットする。
実施の形態3では、データ異常を検出した場合に、保存された前回の受信データと今回受信したデータとを比較し、どのビットで固着故障が発生している可能性があるかを自動で解析して、データ格納部14内のエラー情報格納エリア42にエラー情報として保存するようにしたことにより、故障解析が容易かつ迅速に行うことが可能となる。
実施の形態4.
次に、この発明の実施の形態4におけるプラント監視制御システムを図9に基づいて説明する。実施の形態4における監視制御システムの全体構成は、実施の形態1と同様であるので省略する。
図9は実施の形態4における制御装置1内の受信データ処理部12の処理フローを示す図である。
次に実施の形態4の動作を説明する。まず、実施の形態2と同様に、ステップS201は、通信部13より受信したデータを取り込み、ステップS210において、受信したデータをデータ格納部14内の受信データ履歴エリア41にセットする。ステップS202は、受信したデータ内の通信データ31および反転フラグ32より再計算したCRC値と、受信したデータ内のCRC値33を比較し、一致であれば(YES)、ステップS220において、受信データ処理部12に設けた連続エラー回数カウンタに連続エラー回数をゼロにセットし、ステップS203に進む。
ステップS203以降は、実施の形態1〜3における制御装置1内の受信データ処理部12の処理フローと同様であるので、同じステップ符号を付してその説明は省略する。
もし、ステップS202において、CRC値が不一致の場合(NO)、ステップS221において、受信データ処理部12に設けた連続エラー回数カウンタに連続エラー回数を+1カウントアップする。
ステップS222は、カウントアップ後の連続エラー回数が予め指定された指定数以上かどうかをチェックする。ステップS222において、連続エラー回数が指定数以上であれば(YES)、ステップS223に進み、定常的な固着故障と判定する。その後、ステップS206において実施の形態1〜3と同様のエラー処理を行う。
もし、ステップS222において、連続エラー回数が指定数未満であれば(NO)、処理は終了する。
なお、固着故障が発生している場合、信号の状態はON状態か、または、OFF状態とで固定されるため、CRC値のチェック結果が正常と異常を交互に繰り返すことになる。そのため、連続エラー回数を格納するカウンタまたはそのエリアは、反転フラグが「0」の場合と「1」の場合でそれぞれ別に用意し、ステップS220、ステップS221の処理では、毎周期、交互に切り換えながら処理する。
実施の形態4では、CRC値の異常が連続して発生している場合のみ定常的な固着故障が発生していると判定し、異常が連続して発生していない場合、一過性の問題と判定できるようにしたことにより、故障解析が更に容易かつ迅速に行うことが可能となる。
実施の形態5.
次に、この発明の実施の形態5におけるプラント監視制御システムを図10に基づいて説明する。実施の形態5における監視制御システムの全体構成は、実施の形態1と同様であるので省略する。
図10は実施の形態5における送受信データのフォーマットの構造を示す図である。
次に実施の形態5の動作を説明する。各部位の処理フローは実施の形態1〜形態4と同様であるが、実施の形態5では、送受信データの構造のみ異なる。
実施の形態5は、各制御装置1間で送受信される送受信データにおいて、通信データ31の全エリアを反転の対象とするのではなく、高信頼な通信が必要な一部のエリアのみに限定できるように、反転対象エリアのサイズを可変とするようにしたものである。
図10に送受信データのフォーマットの構造を示すように、送受信データは、通信データ31、反転フラグ32、CRC値33に加えて、反転対象エリアサイズ34より構成される。通信データ31のうち、反転対象エリアサイズ34で指定されたサイズ分だけを反転対象とし、残りの部分は反転対象としない。即ち、通信データ31は、反転対象エリア31aと非反転対象エリア31bとで構成されている。
なお、実施の形態5における送信データ処理部11および受信データ処理部12は、実施の形態1〜形態4における送信データ処理部11および受信データ処理部12に比較し
て、上記が変更となる。
実施の形態5では各制御装置1間で送受信される送受信データにおいて、通信データ31の全エリアを反転の対象とするのではなく、高信頼な通信が必要な一部のエリアのみに限定することにより、制御装置1内のCPU処理負荷を低減することが可能となる。
なおこの発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
1、1A、1B:制御装置、 2:通信ネットワーク、 11:送信データ処理部、 12:受信データ処理部、 13:通信部、 14:データ格納部、 31:通信データ、 31a:反転対象エリア、 31b:非反転対象エリア、 32:反転フラグ、 33:CRC値、 34:反転対象エリアサイズ、 41:受信データ履歴エリア、 42:エラー情報格納エリア。

Claims (5)

  1. プラントを制御する複数の制御装置が通信ネットワークを介して接続されたプラント監視制御システムにおいて、前記制御装置は、通信データの全ビットを周期毎に反転させた通信データとその通信データの誤り検出符号であるCRC値を送信する送信データ処理部と、前記送信データ処理部から送信されたデータを受信し、受信したデータを再計算したCRC値と送信されてきた前記CRC値とを比較して、異常がなければ受信データを正常なデータと判断して処理する受信データ処理部とを備えたことを特徴とするプラント監視制御システム。
  2. 前記受信データ処理部は、データ異常を検出した場合に、後からどのビットが異常となったかどうかを解析可能とするために、受信したデータを毎周期保存するようにしたことを特徴とする請求項1に記載のプラント監視制御システム。
  3. 前記受信データ処理部は、データ異常を検出した場合に、保存された前回の受信データと今回受信した受信データとを比較し、どのビットが異常となったかどうかを解析するようにしたことを特徴とする請求項2に記載のプラント監視制御システム。
  4. 前記受信データ処理部は、データ異常を検出した場合に、連続エラー回数カウンタをカウントアップし、カウント数が予め指定した回数になった時に定常的な故障と判定するようにしたことを特徴とする請求項2または請求項3に記載のプラント監視制御システム。
  5. 前記制御装置間で送受信される通信データにおいて、前記通信データの反転対象エリアは全エリアの内の一部にしたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のプラント監視制御システム。
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